4.1 Khái niệm chung 4.1.1 Cấu tạo chính của bộ truyền xích Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề. Xích truyền chuyển động nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng đĩa xích. Cấu tạo chính của bộ truyền xích gồm đĩa dẫn Z1, đĩa bị dẫn Z2 và xích (Hình 4.1). Ngoài ra tùy trường hợp, có thể có thêm bộ phận căng xích, bộ phận bôi trơn, hộp che. Có khi dùng một xích để truyền động từ đĩa dẫn sang nhiều đĩa bị dẫn (Hình 4.2).
Trang 11
Bài 4 TRUYỀN ĐỘNG XÍCH 4.1 Khái niệm chung
4.1.1 Cấu tạo chính của bộ truyền xích
Xích là một chuỗi các mắt xích nối với nhau bằng bản lề Xích truyền chuyển động nhờ sự ăn khớp của các mắt xích với các răng đĩa xích
Cấu tạo chính của bộ truyền xích gồm đĩa dẫn Z1, đĩa bị dẫn Z2 và xích (Hình 4.1) Ngoài ra tùy trường hợp, có thể có thêm bộ phận căng xích, bộ phận bôi trơn, hộp che
Có khi dùng một xích để truyền động từ đĩa dẫn sang nhiều đĩa bị dẫn (Hình 4.2)
Hình 4.1Bộ truyền xích
Trang 22
Hình 4.2 Truyền động xích nhiều đĩa bị dẫn
4.1.2 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng
a) Ưu điểm:
+ Có thể truyền chuyển động giữa các trục cách nhau tương đối xa
+ So với truyền động đai, kích thước bộ truyền xích nhỏ gọn hơn, làm việc không
có trượt, hiệu suất khá cao (η = 0,96 ÷ 0,98) và lực tác dụng trên trục tương đối
nhỏ
+ Có thể cùng một lúc truyền chuyển động và công suất cho nhiều trục
b) Nhược điểm:
+ Có nhiều tiếng ồn khi làm việc
+ Vận tốc tức thời của xích và đĩa bị dẫn không ổn định
+ Yêu cầu chăm sóc thường xuyên (bôi trơn, điều chỉnh làm căng xích)
+ Chóng mòn, nhất là khi làm việc nơi nhiều bụi và bôi trơn không tốt
c) Phạm vi sử dụng:
+ Truyền động xích chủ yếu được dùng trong các trường hợp các trục có khoảng cách trung bình, yêu cầu kích thước tương đối nhỏ gọn hoặc làm việc không trượt + Truyền động xích được dùng khi công suất truyền 100kW, khoảng cách trục a lớn (đến 8m), vận tốc xích v = 6 ÷ 25m/s, tỷ số truyền u ≤ 6; nếu v ≤ 2m/s tỷ số truyền
có thể tới 10 ÷ 15
+ Hiện nay, truyền động xích được dùng rộng rãi trong các máy vận chuyển (môtô,
xe đạp, xích tải, máy nông nghiệp, máy công cụ, tay máy…)
4.2 Các loại xích truyền động và đĩa xích
4.2.1 Các loại xích truyền động
a) Xích con lăn: có cấu tạo như trình bày trên hình 4.3, gồm các má trong 1 xen
kẽ với các má ngoài 2, có thể xoay tương đối đối với nhau Các má trong 1 lắp chặt với ống 3, các má ngoài lắp chặt với chốt 4, ống và chống có khe hở, có thể xoay tự do đối với nhau, tạo thành bản lề Nhằm mục đích giảm mòn răng đĩa xích, phía ngoài ống có lắp con lăn 5, cũng có thể xoay tự do Để nối hai mắt cuối của xích lại với nhau thành vòng kín, thường dùng chốt chẻ
+ Nếu số mắt xích là lẻ, phải dùng mắt chuyển có má cong và cũng được chốt bằng chốt chẻ Dùng mắt chuyển, xích bị yếu do tại đây trong má xích có thêm ứng suất uốn Vì vậy nên lấy số mắt xích là số chẵn
Trang 33
+ Bước xích t là thông số chủ yếu của xích truyền động Các kích thước chính của xích được quy định theo bước xích Trong bảng 4.1 cho một số thông số của các cỡ xích con lăn (Liên Xô cũ) có bước t = 12,7 ÷ 50,8mm
Hình 4.3 Xích con lăn Bảng 4.1 Xích con lăn (Liên Xô cũ)
Cỡ xích
Bước xích t
Đường kính con lăn D
Đường kính chốt
d0
Khoảng Cách má trong, b
Tải trọng phá hỏng,
N
Khối lượng 1 mét xích,
kg
mm
P - 12,7 – 9000 – 2
P – 12,7 – 18000 - 1
P - 12,7 - 1800 – 1
P - 15,875 – 23000 - 1
P - 15,875 – 23000 - 2
12,700 12,700 12,700 15,875 15,875
7,75 8,51 8,51 10,16 10,16
3,66 4,45 4,45 5,08 5,08
3,30 5,40 7,75 6,84 9,65
9000
18000
18000
23000
23000
0,35 0,65 0,75 0,80 1,00
P - 19,05 - 32000
P - 25,4 - 56700
P - 31,75 - 88500
P - 38,1 - 127000
P - 44,45 - 172400
P - 50,8 - 226800
19,050 25,400 31,750 38,100 44,450 50,800
11,91 15,88 19,05 22,23 25,40 28,58
5,96 7,95 9,55 11,12 12,72 14,29
12,70 15,88 19,05 22,23 25,40 31,75
32000
56700
88500
127000
172400
226800
1,52 2,57 3,73 5,50 7,50 9,70
+ Khi tải trọng lớn, vận tốc cao, để khỏi phải chọn bước xích quá lớn, gây nên những va đập mạnh có hại, người ta dùng xích nhiều dãy (2 dãy, 3 dãy)
+ Các bộ truyền làm việc có tải trọng động, va đập hoặc quay hai chiều, người ta dùng xích con lăn có má cong, gồm các mắt xích có hình dạng như các mắt chuyển
Trang 44
b) Xích ống: cấu tạo giống như xích con lăn nhưng không có con lăn Giá thành
chế tạo rẻ hơn khối lượng xích cũng nhỏ hơn, nhưng xích và răng đĩa chóng mòn, do
đó tương đối ít dùng
c) Xích răng: gồm nhiều má xích 1 và 2 liên kết với nhau, bằng các chốt hình quạt
trụ Các má xích 1 là má làm việc, mỗi má có hai răng và
hai lỗ định hình để xuyên chốt Các má xích 2 không có
răng, có tác dụng dẫn hướng, giữ cho xích không bị dịch
chuyển khỏi đĩa khi làm việc Bề mặt làm việc của mỗi má
xích là hai mặt phía ngoài, có dạng mặt phẳng Các bề mặt
này sẽ tỳ lên hai răng của đĩa xích
+ Mặt làm việc của các chốt là các mặt cong lồi, khi
các má xích xoay đối với nhau, các chốt sẽ lăn không trượt,
nhờ đó bản lề đỡ mòn
+ Xích răng có khả năng tải cao hơn xích con lăn, làm việc êm và ít ồn hơn, song chế tạo phức tạp và khối lượng nặng hơn, do đó ít dùng
Bảng 4.2 Xích răng (Liên Xô cũ) (bản lề ma sát lăn)
Xích có
bước t,
mm
Chiều rộng xích B, mm b
mm
b1
mm
s
mm
Cường độ tải trọng phá hỏng (đối với 1
mm chiều rộng xích) N/mm
Khối lượng
1 mét xích
có chiều rộng 1cm,
qm, kg
12,700
15,875
19,050
25,400
31,750
22,5 - 52,5 (tăng từng 6 mm)
30 - 70 (tăng từng 8 mm)
45 - 93 (tăng từng 12 mm)
57 - 105 (tăng từng 12 mm)
69 - 117 (tăng từng 12 mm)
13,4 16,7 20,1 26,7 33,4
7,0 8,7 10,5 14,0 17,5
1,5 2,0 3,0 3,0 3,0
10000
12500
15000
20000
25000
0,58 0,72 0,86 1,14 1,45
4.2.2 Đĩa xích
Đĩa xích có hình dạng kết cấu tương tự như bánh răng Hình dạng kích thước prôfin răng được qui định theo tiêu chuẩn
Hình 4.4 Xích răng
Trang 55
Hình 4.5 Đĩa xích
Đĩa xích có đường kính nhỏ được chế tạo bằng dập Đĩa xích đường kính trung bình và lớn được chế tạo riêng mayơ và vành răng rồi ghép lại bằng hàn hoặc bulông
4.2.3 Vật liệu xích và đĩa xích
Má xích thường được làm bằng thép cán nguội, hàm lượng các bon trung bình hoặc thép hợp kim cán nguội: thép 45, 50, 40X, 40XH… tôi có độ cứng 40 ÷ 50 HRC Vật liệu làm bản lề (chốt, ống, con lăn) thường là thép 15, 20, 15X, 20X, 12XH3A v.v… thấm than rồi tôi đạt độ cứng 50 ÷ 65 HRC
4.3 Các thông số hình học chính
4.3.1 Bước xích
Bước xích t là thông số cơ bản của bộ truyền xích Xích có bước càng lớn thì khả năng tải càng lớn nhưng va đập và tiếng ông càng tăng, nhất là khi vận tốc càng cao
Do đó khi xích làm việc với vận tốc cao, nên chọn bước xích nhỏ và nếu cần thì tăng
số dây xích (đối với xích con lăn) hoặc tăng chiều rộng xích (đối với xích răng) để xích có đủ khả năng tải
Bảng 4.3 cho trị số vòng quay giới hạn n1g (vg/ph) của đĩa xích dẫn ( xích 1 dãy), phụ thuộc số răng đĩa dẫn Z1 và bước xích t
Bảng 4.3 Số vòng quay giới hạn n 1g (vg/ph) của đĩa xích dẫn
Z1
n1g, vg/ph,, khi bước xích t, mm 12,7 15,875 19,05 25,4 31,75 38,1 44,45 50,8
20
25
30
Xích con lăn
2780
2900
3000
2000
2070
2150
1520
1580
1640
1000
1030
1070
725
750
780
540
560
580
430
445
460
350
365
375 Xích răng
Trang 66
4.3.2 Đường kính và số răng đĩa xích
- Đường kính vòng chia của đĩa xích dẫn d1 và của đĩa bị dẫn d2 tính theo công thức:
d1 =
1
t sin( / Z ) ; d2 = 2
t sin( / Z ) (4.1) Trong đó: Z1 và Z2 - số răng đĩa xích dẫn và đĩa xích bị dẫn
- Để giảm ồn cần hạn chế số răng nhỏ nhất
Z1min của đĩa dẫn
- Thường lấy Z1min ≥ 19 khi vận tốc xích
v > 2 m/s
- Trong các bộ truyền có vận tốc v < 2 m/s
có thể lấy Z1min = 13 ÷ 15
- Đối với các bộ truyền chịu tải trọng va đập
nên lấy Z1min ≥ 23
- Để đảm bảo cho bộ truyền xích làm việc
lâu dài, ít ồn, trong trường hợp vận tốc trung
bình và cao nên lấy Z1 = 29 - 2u ≥ 19 và nên quy
tròn theo số lẻ (u - tỷ số truyền) Số răng tối thiểu
Z1min của đĩa xích răng lấy tăng 20 ÷ 30% so với
các trị số trên đây
- Số răng đĩa lớn (đĩa bị dẫn) Z2 = u Z1 (Z2max
≤ 100 ÷ 120 đối với xích con lăn và Z2max ≤ 120
÷ 140 đối với xích răng)
- Số răng Z2 cũng nên là số lẻ, như vậy với số mắt xích chẵn, các bản lề và răng đĩa
sẽ mòn đều hơn
4.3.3 Khoảng cách trục a
- Góc ôm trên đĩa nhỏ được tính theo công thức:
α1 = 180 - 57.d 2 d 1
a
(4.2)
Để thỏa mãn điều kiện α1 ≥ 1200 từ công thức (4-3) ta định được amin:
Và điều kiện để hai đĩa xích không chạm nhau:
amin ≥ 0,5(da1 + da2) + (30 ÷ 50) mm (4.4)
Hình 4.6 Thông số hình học bộ
truyền xích
Trang 77
Trong đó: da1 và da2 - đường kính vòng đỉnh răng đĩa dãn và đĩa bị dẫn
- Số mắt xích được tính theo công thức:
X ≈ 0,5(Z1 + Z2) + 2a/t + 0,25 (Z2 – Z1)2 t/(π2/a) (4.5)
X tính được cần qui tròn theo số nguyên gần đó và nên lấy số chẵn để tránh dùng mắt chuyển Sau đó tính chính xác khoảng cách trục
- Khoảng cách trục a được tính theo công thức:
[X 0,5(Z Z )] 2[(Z Z ) / ] ] (4.6) + Để nhánh xích bị dẫn có độ chùng bình thường cần rút bớt khoảng cách trục a tính được theo (4.6) một lượng Δa = (0,002 ÷ 0,004)a đối với các bộ truyền xích không điều chỉnh được khoảng cách trục
+ Nếu bộ truyền xích đặt nghiêng 1 góc ψ > 700 so với đường nằm ngang thì không cần giảm bớt a (Δa = 0) như hình 4.7
Hình 4.7 Bộ truyền xích đặt nghiêng góc
4.4 Vận tốc và tỷ số truyền
4.4.1 Vận tốc (trung bình) của xích
v = nZt
60.1000; m/s (4.7) Trong đó: Z – số răng
n - số vòng quay trong 1 phút của đĩa xích
t – bước xích
Vận tốc của xích càng tăng thì xích càng chóng mòn, tải trọng động tăng lên và xích làm việc càng ồn Thường lấy vận tốc xích không quá 15 m/s Từ thực nghiệm người ta qui số vòng quay giới hạn n1g của đĩa xích dẫn theo bảng 4.3
Trang 88
4.4.2 Tỷ số truyền
Tỷ số truyền được xác định theo công thức:
1 2
2 1
n Z u
(4.8)
4.5 Tính truyền động xích
4.5.1 Các dạng hỏng
a) Mòn bản lề xích: do khi làm việc các bản lề chịu áp suất lớn và có sự xoay
tương đối (giữa chốt 4 với ống 3) Bản lề bị mòn khiến bước xích t tăng lên, xích ăn khớp không chính xác với răng đĩa Nếu bản lề bị mòn quá nhiều, bộ truyền sẽ không làm việc được vì xích thường xuyên tuột khỏi đĩa hoặc xích sẽ bị đứt (do mòn làm yếu các mắt xích) Để giảm mòn cần bôi trơn xích và hạn chế áp suất trong bản lề xích
b) Các phần tử xích bị hỏng do mỏi: dẫn đến xích bị đứt, con lăn bị rỗ hoặc vỡ
Xích bị hỏng vì mỏi do tác dụng của ứng suất thay đổi gây nên bởi tải trọng làm việc, tải trọng động hoặc va đập Hiện tượng hỏng vì mỏi thường chỉ xảy ra đối với các bộ truyền xích chịu tải trọng lớn, vận tốc cao, làm việc trong các hộp kín (được bôi trơn tốt nên ít mòn)
Ngoài ra do chất lượng chế tạo không tốt hoặc do làm việc với vận tốc v > 15 m/s
bộ truyền chịu tải trọng va đập lớn má xích có thể bị long, con lăn bị vỡ
Trong các dạng hỏng trên, mòn bản lề là dạng hỏng chủ yếu của bộ truyền xích
4.5.2 Tính bộ truyền xích con lăn
Thực nghiệm chứng tỏ rằng áp suất trong bản lề xích là một trong các nhân tố chủ yếu quyết định tuổi thọ (độ bền mòn) của xích Xích có thể làm việc trong thời gian tương đối lâu nếu như áp suất p sinh ra trong bản lề nhỏ hơn áp suất cho phép [p]
p = t
x
K.F A.K ≤ [p] (4.9) Trong đó: Ft – lực vòng;
A = d0b0 – diện tích tính toán của bản lề xích 1 dãy; d0 – đường kính chốt; b0 – chiều dài ống; có thể lấy A ≈ 0,28t2
t – bước xích
K – hệ số điều kiện sử dụng xích
K = Kđ.Ka.K0.Kđc.Kb (4.10)
Trang 99
Kđ – hệ số tải trọng động, nếu dẫn động bằng động cơ điện và tải trọng ngoài tác dụng lên bộ truyền tương đối êm Kđ = 1, nếu tải trọng có va đập Kđ = 1,2 ÷ 1,5; nếu va đập mạnh Kđ = 1,8;
Ka – hệ số xét đến chiều dài xích, xích càng dài thì số lần vào khớp của mỗi mắt xích trong một đơn vị thời gian càng ít, xích sẽ ít mòn hơn (khi các điều kiện khác như nhau)
Với a = (30 ÷ 50)t, Ka = 1; a ≤ 25t, Ka = 1,25; a =(60 ÷ 80)t, Ka = 0,8;
Ko – hệ số xét đến cách bố trí bộ truyền, nếu bộ truyền đặt càng nghiêng (so với đường nằm ngang) thì độ mòn (hoặc độ tăng tương đối của bước xích) cho phép càng giảm vì xích càng dễ bị tuột Khi đường nối hai tâm đĩa xích làm với đường nằm ngang một góc nhỏ hơn 600, Ko = 1; nếu lớn hơn 600, Ko có thể lấy tới 1,25;
Kđc – hệ số xét đến khả năng điều chỉnh lực căng xích, nếu trục có thể điều chỉnh được Kđc = 1, nếu dùng đĩa căng xích hoặc con lăn căng xích Kđc = 1,1; nếu trục không điều chỉnh được và cũng không có bộ phận căng xích Kđc = 1,25;
Kb – hệ số xét đến điều kiện bôi trơn, nếu bôi trơn liên tục (xích nhúng dầu hoặc được phun dầu liên tục) Kb = 0,8, nếu bôi trơn nhỏ giọt Kb = 1, nếu bôi trơn định kỳ (bôi trơn gián đoạn) Kb = 1,5;
Kx – hệ số xét đến số dãy xích x, với x = 1; 2; 3; 4 thì Kx = 1; 1,7; 2,5; 3 tương ứng Trị số áp suất cho phép [p] theo điều kiện bền mòn của xích cho trong bảng 4.4
Bảng 4.4 Áp suất cho phép [p]về bền mòn của xích
t, mm [p], Mpa, khi quay với tốc độ n1, vg/ph
< 50 200 400 600 800 1000 1200 1600 2800
12,7 – 15,875
19,05 – 25,4
31,75 – 38,1
44,45 – 50,8
12,7 – 15,875
19,05 – 25,4
31,75
Xích con lăn
35
35
35
35
31,5
30
29
26
28,5
26
24
21
26 23,5
21 17,5
24
21 18,5
15
22,5
19 16,5
-
21 17,5
15
-
18,5
15
-
-
14
-
-
-
Xích răng
20
20
20
18
17 16,5
16,5
15
14
15
13
12
14
12 10,5
13
11 9,5
12
10
7
10,5 8,5
-
-
-
-
+ Có thể tính trực tiếp bước xích t theo công thức:
t ≥ 2,82 1
3
1 1 x
T K
Z n K [p] ; mm (4.11)
Trang 1010
1 1 x
PK
Z n K [p] ; mm (4.12) + Trong các công thức trên T1 tính bằng N.mm; P - kW ; [p] – Mpa; n1 – vg/ph Trị số áp suất cho phép [p] có thể lấy trị số trung bình, ứng với số vòng quay n1 của đĩa xích dẫn (bảng 4.4), sau khi tính được bước xích t, ta qui tròn theo trị số tiêu chuẩn gần nhất và kiểm nghiệm lại áp suất theo công thức (4.9)
+ Để tính toán thiết kế xích được thuận tiện hơn, có thể biến đổi điều kiện (4.9) ra dạng dưới đây:
z n
[P].K
hoặc Pt = z n
x
K.K K P
K ≤ [P] (4.14) Trong đó: P – công tính toán
[P] – công suất cho phép của bộ truyền xích một dãy có bước t, số răng đĩa dẫn
Z01 = 25 và số vòng quay đĩa dẫn n01, cho trong bảng 4.5
Khi sử dụng các số liệu trong bảng 4.5 ta lấy Kz = 25/Z1; Kn = n01/n1, trị số no1 tùy thuộc việc chọn trị số [P] theo cột nào trong bảng
Bảng 4.5 Trị số công suất cho phép[P] của bộ truyền xích (với Z o1 = 25)
Cỡ xích
Bước xích
t, mm
[P], kW, khi số vòng quay đĩa nhỏ n01 vg/ph
50 200 400 600 800 100
0
120
0
160
0
Xích con lăn 1 dãy
IIP 12,7 – 9000 – 2
IIP 12,7 – 18000 – 1
IIP 12,7 – 18000 – 2*
IIP 15,875 – 23000 - 1
IIP 15,875 – 23000 – 2*
IIP 19,05 – 32000*
IIP 25,4 – 56700*
IIP 31,75 – 88500*
IIP 38,1 – 127000*
IIP 44,45 – 172400*
IIP 50,8 – 226800*
12,7 12,7 12,7 15,875 15,875 19,05 25,4 31,75 38,1 44,45 50,8
0,19 0,35 0,45 0,57 0,75 1,41 3,20 5,83 10,5 14,7 22,9
0,68 1,27 1,61 2,06 2,70 4,80 11,0 19,3 34,8 43,7 68,1
1,23 2,29 2,91 3,72 4,88 8,38 19,0 32,0 57,7 70,6
110
1,68 3,13 3,98 5,08 6,67 11,4 25,7 42,0 75,7 88,3
138
2,06 3,86 4,90 6,26 8,22 13,5 30,7 49,3 88,9
101
157
2,42 4,52 5,74 7,34 9,63 15,3 34,7 54,9 99,2
-
-
2,72 5,06 6,43 8,22 10,8 16,9 38,3 60,0
108
-
-
3,20 5,95 7,55 9,65 12,7 19,3 43,8
-
-
-
-
Xích răng
Chiều rộng B = 10
12,7 15,875
0,13 0,19
0,49 0,69
0,88 1,25
1,23 1,72
1,53 2,15
1,80 2,52
1,97 2,76
2,28 3,20